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4虚拟仪器技术

4虚拟仪器技术

4.1虚拟仪器的概念[22-23]

虚拟仪器(VirtualInstrument，简称VI)是日益发展的计算机硬件、软件和总线

技术在向其他技术领域密集渗透的过程中，与测试技术和仪器技术密切结合，共

同孕育出的一项新成果。其核心是：以计算机作为仪器的硬件支撑，充分利用计

算机独具的运算、存储、回放、调用、显示以及文件管理等智能式的功能，把传

统仪器的专业化功能软件化，使之与计算机结合起来，用户可以通过友好的图形

界面来操作这台计算机，就像在操作自己定义，自己设计的一台单个仪器一样，

从而完成对被测量的采集、分析、判断、显示、数据存储等。虚拟仪器可代替传

统的测量仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪等；可集成于

自动控制、工业控制系统；可自由构建成专有仪器系统。无论哪种虚拟仪器系统，

都是将仪器硬件搭载到笔记本电脑、台式PC机或工作站等各种计算机平台(甚至

可以是掌上电脑)加上应用软件而构成的。图4.1是虚拟仪器的外观图。

图4.1虚拟仪器外观图

virtualinstrument

Fig.4.1Faceof

给定计算机的运算能力和必要的仪器硬件之后，构造和使用VI的关键在于应

用软件，这是因为应用软件为用户构造或使用VI提供了集成开发环境、高水平的

仪器硬件接口和用户接口。基于软件在VI技术中的重要作用，美国国家仪器公司

(NationalInstrument，简称NI)提出的“软件即仪器”(TheSoftwareistheInstrument)

形象地概述了软件在VI中的重要作用。

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重庆大学硕士学位论文

一套虚拟仪器系统就是一台工业标准计算机或工作站配上功能强大的应用

软件、低成本的硬件（例如插入式板卡）及驱动软件，他们在一起共同完成传统

仪器的功能。虚拟仪器代表着从传统硬件为主的测量系统到以软件为中心的测量

系统的根本性转变，虽然PC机和集成电路技术在过去的20年里有显著的发展和提

高，但是，软件才是在功能强大的硬件基础上创建虚拟仪器系统的真正关键所在。

以软件为中心的虚拟仪器系统为用户提供了创新技术并大幅降低了生产成本，有

了虚拟仪器，工程师和科学家就可以完全根据自己的需求组建测量和自动化系统，

而不用再受功能固定（完全由厂家提供）的传统仪器的限制。

4.2传统仪器与虚拟仪器[10][22-27]

（1）传统仪器

独立的传统仪器，例如示波器和波形发生器，性能强大，但是价格昂贵，且

被厂家限定了功能，只能完成一件或几件具体的工作，因此，用户通常都不能够

对其加以扩展或自定义其功能。传统仪器的旋钮和开关、内置电路及用户所能使

用的功能对这台仪器来说都是固定的，设计复杂，生产成本高，精度低，灵活性

差，没有摆脱独立使用和手动操作的模式，整个测试过程几乎仅限于简单地模仿

人工测试的步骤，在一些较为复杂和测试参数较多的场合下，使用起来很不方便。

（2）虚拟仪器

虚拟仪器问世以来，由于虚拟仪器可以很好地克服传统仪器的缺点，并具有

传统仪器无法比拟的优点，使得虚拟仪器发展迅速。基于PC机的虚拟仪器系统，

诞生以来就充分利用了现成即用的PC机所带来的必威体育精装版科技，这些科技和性能上的

优势迅速缩短了独立的传统仪器和PC机之间的距离，包括功能强大的处理器(如

Pentium4)、操作系统及微软WindowsXP、.NET技术。此外，传统仪器往往不便

随身携带，而虚拟仪器可以在笔记本电脑上运行，充分体现了其便携特性。对经

常变换应用项目和系统要求的工程师和科学家们来说，可以使用虚拟仪器来满足

特定的需要，因为有安装在PC机上的应用软件和一系列可选的插入式硬件，因此

无需更换整套设备，即能完成新系统的开发。

（3）传统仪器与虚拟仪器的比较

传统仪器与虚拟仪器最大的不同在设计制造有很大的区别。如图4.2所示，传

统硬件化仪器的制造过程是：首先是按仪器需要的功能完成方案设计和电路的技

术设计，然后在加工车间进行加工制板、装配、调试等，最后将做好的仪器送到